телескоп «Гайя»

Солнце дышит, и у этого дыхания есть магнитный ритм. Каждые 27 дней видимая поверхность звезды совершает полный оборот, а вместе с ней — и её магнитное поле, похожее на невидимую ленту, что обвивает светило.

С 1987 по 1991 год астрономы в последний раз измеряли, как ледяные спутники Юпитера отражают радиоволны. Затем наступила длительная пауза. В 2011–2024 годах исследователи возобновили радиолокационные наблюдения Европы, на этот раз используя 70-метровую антенну комплекса дальней космической связи Голдстоун в качестве передатчика и радиотелескоп Грин-Бэнк как приёмник отражённого сигнала.

Красные гиганты в центре Млечного Пути — это как далёкие маяки, которые то разгораются, то гаснут. Их свет пробивается сквозь густую пыль, но классические методы измерения расстояний здесь дают сбой: звёзды слишком яркие и нестабильные, а пыль искажает картину. Астрономы нашли обходной путь.

Тихая гладь озера вдруг покрывается рябью — где-то на глубине обрушилась подводная скала. Вода едва заметно дрожит, и круги расходятся всё шире, пока не доберутся до поплавка у берега. Эта аналогия точно описывает финал массивной звезды: исчерпав ядерное горючее, она больше не может противостоять собственной гравитации.

В самом центре Млечного Пути, вокруг невидимой сверхмассивной чёрной дыры, обращаются звёзды. Одна из них — S301 — совершает полный оборот всего за 8,7 лет. Её орбита представляет собой сильно вытянутый эллипс: в перицентре звезда почти вплотную приближается к чёрной дыре, а затем уносится прочь.

Охотник за древним светом — телескоп Джеймс Уэбб — навёл свои зеркала на крошечный участок неба и засёк странный маячок. Объект с рабочим именем beacon_1420-$$5253_{4770}$$ вспыхнул и погас. Сначала его записали в кандидаты на самую далёкую галактику — будто бы мы видим её всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва.

15 175 107 звёзд. Каждая получила свой возраст. Но ни одна цифра не лишена налёта неопределённости: возраст звезды — это не гвоздь, забитый на оси времени, а облачко вероятности, туман, скрывающий истинное значение. Для галактической эволюции такая временна́я метка бесценна: без неё карта Млечного Пути остаётся плоской.

Вселенная звучит тишиной. Львиная доля материи — около 85% — остаётся невидимой, проявляясь лишь через гравитацию. Ещё Вера Рубин показала, что галактики вращаются так, будто их окутывает незримая масса.

Свет далёкой звезды — не идеальный маяк. Проходя сквозь гравитационное поле другой звезды, он изгибается, расщепляется и усиливается, создавая на небе мимолётное кольцо Эйнштейна. Так проявляет себя гравитационное микролинзирование, предсказанное ещё Фрицем Цвикки в 1930-х.

Стандартная космологическая модель ΛCDM, где тёмная материя и тёмная энергия выступают главными архитекторами мироздания, десятилетиями предсказывала астрономические данные с точностью швейцарского хронометра. Её фундамент закладывали три гения. Жорж Леметр предположил расширение из сверхплотного «атома».

Поиск внеземного разума — как промывка золота в бесконечной реке. SETI десятилетиями вслушивается в гул Галактики, но эфир нем. Дело не в чуткости антенн, а в том, что мы не знаем, где подставить лоток.

Два луча света бегут по замкнутому кольцу во встречных направлениях. Согласно постулату о неизменности скорости света, в вакууме она всегда одинакова для любого наблюдателя. Когда кольцо вращается, один луч вынужден догонять смещающуюся цель — его путь удлиняется, а второй, напротив, летит навстречу приёмнику, сокращая дистанцию.

Маяк мерцает строго раз в секунду. Если он движется по кругу, его вспышки приходят то чуть раньше, то чуть позже — и выдают невидимого напарника. Именно так астрономы разоблачили скрытого компаньона у звезды IY Лиры. IY Лиры — пульсирующая переменная звезда в толстом диске Галактики. Её блеск меняется с периодом около полусуток: звезда ритмично раздувается и сжимается.

Тёмная комната, в воздухе плавает пыль. Вспыхивает яркий фонарь — и пылинки загораются, выдавая своё место. Похожий приём астрономы применили к нашей Галактике. Фонарём послужили гамма-всплески — мощнейшие взрывы в далёких галактиках, а пылинками — облака межзвёздной пыли.

В самом сердце Млечного Пути что-то непрерывно светится в гамма-лучах. Свет этот особенный — с энергией ровно 511 тысяч электронвольт. Такая энергия появляется, когда электрон встречает свою античастицу, позитрон, и они вместе исчезают, оставив вспышку света.

Маяк мигает каждые несколько секунд, но вдруг начинает медленно, в течение года, то разгораться, то гаснуть. Именно так ведут себя около трети красных гигантов — огромных звёзд на поздних стадиях жизни. Их обычная пульсация занимает дни или недели, но поверх неё видны долгие вторичные периоды: месяцы и годы. Это явление заметили почти сто лет назад, но объяснить так и не смогли.

Взрыв массивной звезды — событие яркое, но короткое. Сама вспышка длится недели, а вот нагретая ею пыль вокруг светится в инфракрасных лучах ещё долгие годы. Это как если бы вспышка фотоаппарата осветила комнату, а потом ещё долго тлели бы раскалённые пылинки в воздухе — только в космических масштабах.

Ночью далёкий фонарь кажется неподвижным, но если подойти ближе и присмотреться, можно заметить, как он слегка покачивается на ветру. Примерно так астрономы ищут планеты у других звёзд: они измеряют, как звезда едва заметно смещается под действием притяжения своих невидимых спутников.

После гибели массивной звезды происходит взрыв сверхновой — настолько мощный, что одна вспышка светит ярче целой галактики. В этом огне рождаются миллиарды аксионов — гипотетических частиц, которые почти не взаимодействуют с веществом и потому остаются невидимыми.

Словно река, которая вдруг исчезает под землёй, рукав Персея в Млечном Пути обрывается в области, которую астрономы называют Заливом Жирафа. Там, где яркая полоса звёзд должна продолжаться, видна тёмная «пустота».

Млечный Путь и галактика Андромеда — словно две огромные птичьи стаи, что сближаются в небесном просторе. Новые данные с телескопа Gaia, который с высокой точностью измеряет положения и скорости звёзд, показали: Андромеда почти не уклоняется в сторону. Вероятность их слияния — целых 90%.

Долгое время астрономы полагали, что Вселенная действует как космический конвейер: в любом её уголке звёзды рождаются по единому рецепту, где на каждого массивного гиганта приходится примерно фиксированное число небольших карликов.

Свет от далёкой галактики летел к нам 13,4 миллиарда лет. Телескоп Джеймса Уэбба поймал его и разложил на цвета. В спектре видна яркая линия водорода — как отпечаток пальца, который говорит: галактика GS-z13-1-LA активно рождает звёзды. Молодые горячие звёзды внутри галактики работают как прожекторы.

Космический телескоп Gaia измеряет положения звёзд с точностью до микросекунды дуги — как если бы с Земли разглядели монету на Луне. В 2022 году он заметил, что яркая звезда HD 12800 слегка покачивается, будто её тянет невидимый спутник. Астрономы предположили: вокруг звезды кружит планета. Но покачивание может обмануть.

В созвездии, где рождаются новые звёзды, одна из них ведёт себя как неисправная лампочка: то светит ровно, то вдруг тускнеет в несколько раз. Астрономы следят за звездой Gaia-GIC-1 уже несколько лет и теперь понимают, что её мигание — это тень от огромного облака пыли, которое то и дело проходит перед ней. Пыль не просто космический мусор, а свежие обломки: похоже, совсем недавно там столкнулись две планеты.

Ночное небо уже не такое тихое, как раньше. Над нами проносятся тысячи спутников, и каждый из них может случайно излучать радиоволны, мешая астрономам слушать далёкие галактики. Чтобы разобраться в этом шуме, учёные нацелили радиотелескоп 21CMA в Китае на пролёты спутников Starlink. Телескоп 21CMA состоит из множества небольших антенн, расставленных в поле.

Свет каждой звезды — это её уникальный паспорт, но записи в нём сделаны на языке спектров и цветов. Для старых гигантов такие документы почти неотличимы: их спектры накладываются друг на друга, и расшифровать детали вручную было практически невозможно.

Когда две галактики сталкиваются, их центральные чёрные дыры начинают долгий танец сближения. Пока они не слились в одну, мы можем увидеть пару квазаров — ярких огней, которые зажигаются, когда чёрные дыры поглощают газ и пыль. Такие пары на небе — как два маяка, стоящие близко друг к другу, но каждый светит из своей гавани.

Два прожектора стоят вплотную: издалека их свет сливается в одно пятно, и кажется, что источник один. Так и в космосе: около 10–20% тусклых звёзд — на самом деле тесные пары одинаковых светил. По отдельности их не разглядеть, но вместе они светят заметно ярче, чем одиночная звезда с теми же параметрами.

Стареющая звезда сбрасывает внешние слои, и остаётся плотное горячее ядро размером с Землю — белый карлик. Если рядом кружат остатки планет, астероидов или комет, они нагреваются и начинают светиться в инфракрасном диапазоне. Такой лишний свет — как тёплое пятно на холодном полу. Астрономы взяли данные с космического телескопа Gaia и наземных обзоров.

Рентгеновский телескоп ловит свет от раскалённого газа вокруг звёзд, но этот свет приходит «смазанным» — как голос через плохую телефонную связь. Чтобы разобрать слова, нужен словарь точных частот, на которых светятся атомы. Такой словарь пишут не только расчётами, но и прямыми опытами.

Свет от самых горячих молодых звёзд обычно не может покинуть свою галактику: его поглощает водород, как плотная штора задерживает солнечный луч. Но иногда штора приоткрывается, и ультрафиолетовые фотоны вырываются в межгалактическое пространство.

Раскалённый газ, который течёт от Солнца, — это не сплошной поток, а скорее суп из заряженных частиц. В этом супе то и дело закипают волны: электрические поля вспыхивают и гаснут, как рябь на воде от брошенного камня. Одна из таких волн — ионно-ионная акустическая. Она возникает, когда два сорта ионов (атомов, потерявших электроны) движутся с разной скоростью.

Лазер бьёт в ткань, и та отвечает еле слышным щелчком — звуковой волной. Её ловят датчики, и по ним строят изображение того, что внутри. Так работает фотоакустическая визуализация: свет заглядывает глубоко, а звук несёт картинку наружу. В новой схеме датчиков нет. Вместо них через зону, где пробежала волна, пускают несколько тонких световых лучей.

Солнцеподобные звёзды редко кружатся в одиночку. Многие из них танцуют с невидимыми партнёрами — коричневые карлики: объектами крупнее планет, но слишком лёгкими для стабильного звёздного горения. В их недрах вспыхивает горение водорода, но быстро затухает, не достигая устойчивости Солнца.

Ночное небо кажется россыпью одинаковых искр. Но среди них прячутся настоящие великаны — красные сверхгиганты. Это звёзды, которые в сотни раз шире Солнца и светят так ярко, что их видно с огромных расстояний. Казалось бы, лучших маяков для карты Галактики не найти.

Свет квазара PS J2305+3714 летит к нам больше одиннадцати миллиардов лет. По дороге он проходит рядом с массивной галактикой, которая своей гравитацией искривляет его путь, как тяжёлый шар прогибает натянутую простыню. В телескоп мы видим не один квазар, а два его изображения — два огонька, которые на самом деле один и тот же далёкий объект.

Расписание автобусов имеет свойство дрейфовать: не сверишься вовремя — рискуешь пропустить рейс. У планет, обращающихся вокруг иных звёзд, та же проблема — моменты их прохождений по диску светила постепенно сдвигаются. Проект ExoClock объединил 30 000 наблюдений, выполненных с поверхности Земли и из космоса, чтобы уточнить расписание для 620 экзопланет — планет за пределами Солнечной системы.

Звёздный диск Млечного Пути — как яркая вертушка, а тёмное вещество — невидимая субстанция, проявляющая себя лишь гравитацией — образует невидимое облако вокруг. Впервые его форму точно измерили. Астрономы отследили движение миллионов звёзд и построили трёхмерную карту тёмного гало — протяжённой оболочки из тёмного вещества до расстояния 160 тысяч световых лет.

Телескоп ASKAP за одну ночь собирает данные о миллионах радиоисточников. Автоматические алгоритмы уверенно распознают компактные точки, но пасуют перед протяжёнными структурами с джетами, мостами и пузырями. На помощь пришли добровольцы: за первый этап проекта Radio Galaxy Zoo EMU более 2500 человек выполнили 97 000 классификаций 6230 сложных объектов.